專利名稱:交流輸入電壓采樣電路、采樣方法及無橋pfc電路的制作方法
交流輸入電壓采樣電路、采樣方法及無橋PFC電路
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PFC電路，具體涉及一種用于無橋PFC電路的交流輸入電 壓采樣電路、采樣方法及具有該采樣電路的無橋PFC電路。
背景技術(shù)：
為了提高功率因數(shù)，降低輸入電流諧波含量，在電力電子設(shè)備中大多 采用功率因數(shù)校正(Power Factor Correction,以下簡(jiǎn)稱PFC)電路進(jìn)行 調(diào)節(jié)。如圖1所示，與傳統(tǒng)的帶橋式整流電路的PFC電路相比，無橋PFC 電路具有以下兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)
1、 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
2、 由于不存在輸入整流橋，可以減小導(dǎo)通損耗，因而轉(zhuǎn)換效率高。 然而，無橋PFC電路也存在著限制其廣泛應(yīng)用的兩個(gè)主要缺點(diǎn)
1、 輸入共模電磁干擾嚴(yán)重；
2、 交流輸入電壓采樣復(fù)雜。
現(xiàn)有幾種無橋PFC電路的交流輸入電壓采樣方案。 方案a)采用低頻變壓器
如圖3所示，采用低頻變壓器對(duì)交流輸入電壓進(jìn)行采樣雖然是一種比 較簡(jiǎn)單的方法，但是由于涉及到原、副邊絕緣的安規(guī)要求，變壓器的體積 較大。
方案b)采用光電耦合器隔離
如圖4所示，采用光電耦合器的方法很容易實(shí)現(xiàn)隔離，但是為了使采 樣電壓畸變較小，通常需要使用高線性度的光電耦合器，這將使采樣電路 變的復(fù)雜且成本較高。
方案c)采用差分電路加直流偏置
如圖5所示，運(yùn)用差分放大器只將交流輸入電壓進(jìn)行放大，再通過加 直流偏置將其變成正的信號(hào)；后續(xù)可通過數(shù)字處理器將偏置減掉，進(jìn)行數(shù) 字整流。此方法和有橋PFC的交流采樣相比，成本仍然較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的PFC電路的交流輸入電壓采樣電路和其所使用的采樣方法，以 及具有該采樣電路的無橋PFC電路。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于PFC電路的交流輸入電壓采樣 電路，其特征在于，包括火線采樣單元和中線采樣單元，所述火線采樣單 元的輸入端與PFC電路的交流輸入火線(L線)相耦合，所述中線采樣單 元的輸入端與PFC電路的交流輸入中線(N線)相耦合，所述火線采樣單 元用于獲取交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成交流輸入電 壓正半周信號(hào)，所述中線采樣單元用于獲取交流輸入中線對(duì)控制地的電壓 信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓負(fù)半周信號(hào)。
優(yōu)選地，
所述火線采樣單元包括依次串接的第一濾波電路和第一取正電路，所 述中線采樣單元包括依次串接的第二濾波電路和第二取正電路，所述第 一、二濾波電路分別用于濾除交流輸入火線和交流輸入中線對(duì)控制地的電 壓信號(hào)中的高頻分量，所述第一、二取正電路分別用于去除交流輸入火線 和交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的負(fù)值部分。
所述第一濾波電路和/或第二濾波電路包括RC濾波電路。
所述第一取正電路和/或第二取正電路包括二極管整流電路。
所述火線采樣單元的輸出端與所述中線采樣單元的輸出端相連并共 同引出交流輸入電壓輸出端子。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種無橋PFC電路，其特征在于，包 括如前所述的交流輸入電壓采樣電路。
本發(fā)明還提供一種用于PFC電路的交流輸入電壓采樣方法，其特征在 于，包括以下步驟
Al、獲取交流輸入正半周時(shí)交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)，以及 獲取交流輸入負(fù)半周時(shí)交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)；
Bl、將交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)和交流輸入中線對(duì)控制地的 電壓信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓正、負(fù)半周信號(hào)。
優(yōu)選地，
所述步驟B1中，所述轉(zhuǎn)換包括
濾除交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量，并去除信號(hào)中 的負(fù)值部分；以及
濾除交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量，并去除信號(hào)中 的負(fù)值部分。交流輸入火線和/或交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量
采用RC濾波電路濾除。
交流輸入火線和/或交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的負(fù)值部分 采用二極管整流電路去除。
將轉(zhuǎn)換后所得的交流輸入電壓正、負(fù)半周信號(hào)經(jīng)由同一信號(hào)端子輸出。
本發(fā)明有益的技術(shù)效果是
針對(duì)無橋PFC電路，本發(fā)明采用直接對(duì)交流輸入火線和交流輸入中線 對(duì)控制地的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，由于交流輸入正半周時(shí)L線對(duì)控制地的電 壓信號(hào)濾除高頻分量的平均值即為正半周輸入電壓信號(hào)，而交流輸入負(fù)半 周期時(shí)N線對(duì)控制地的電壓信號(hào)濾除高頻分量的平均值即為負(fù)半周輸入電 壓信號(hào)，因此，只需要利用火線采樣單元和中線采樣單元分別獲取L線和 N線對(duì)控制地的電壓信號(hào)，將其中的高頻分量濾除并將對(duì)信號(hào)進(jìn)行整流取 正，即可得出交流輸入正、負(fù)周的電壓信號(hào)。采用本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)十分 簡(jiǎn)單，能夠有效降低采樣電路的成本。


圖l為無橋PFC電路原理圖；
圖2為現(xiàn)有以低頻變壓器方案采樣的電路原理圖；
圖3為現(xiàn)有以光偶隔離方案采樣的電路原理圖；
圖4為現(xiàn)有以差分加偏置方案采樣的電路原理圖；
圖5為本發(fā)明交流輸入電壓采樣電路一種實(shí)施例的電路原理圖；
圖6為本發(fā)明交流輸入電壓采樣方法一種實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先對(duì)無橋PFC電路的工作特性進(jìn)行分析。請(qǐng)參考圖l，無橋PFC電 路中，第一電感Ll和第二電感L2接交流輸入的輸入電壓VSin，設(shè)L1=L2=L， 交流輸入火線AC—L (L線)對(duì)控制地的電壓為VAC—,，交流輸入中線AC—N (N 線)對(duì)控制地的電壓為VAe—^交流輸入正半周時(shí)，有VAC—l〉Vac—N，
開關(guān)開通時(shí)
設(shè)此時(shí)電感電流為il，線性上升，則
VAC—N=Vsnd-L(dil/dt)= -L(dil/dt) (1)
開關(guān)截止時(shí)
設(shè)此時(shí)電感電流為i2，線性下降，則
6VAC—N =Vgnd-L(di2/dt)二 -L(di2/dt) (2) 因?yàn)閂i^VAC_N+VSin (3) 將式(1) (2)代入式(3)，得一個(gè)開關(guān)周期內(nèi) VAC_L= VAC—N+VSin=-L(dil/dt) -L(di2/dt) +VSin (4) 對(duì)(4)在開關(guān)周期內(nèi)取平均(用〈〉表示平均)，得 〈VAC—L〉=〈VACj>+〈VSin〉=〈-L(dil/dt) -L(di2/dt) 〉+〈VSin〉 (5) 由伏秒平衡知 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)〈-L(dil/dt) -L(di2/dt)>=0，且一 個(gè)開關(guān)周期內(nèi)<VSin〉=VSin， 故式(5)等于
< VAC—l 〉=VSin (6) 所以正半周時(shí)VAe_L信號(hào)的平均值(濾除高頻分量)即為輸入電壓VSin。 同理可知，負(fù)半周期時(shí)VAc一N信號(hào)的平均值(濾除高頻分量)即為輸入 電壓VSin。
基于以上分析，無橋PFC電路的交流輸入電壓可以直接對(duì)L線和N線 進(jìn)行濾波采樣，再通過取正處理即可。
如圖5所示，交流輸入電壓采樣電路包括L線采樣單元和N線采樣單 元。L線采樣單元包括第一濾波電路和第一取正電路，第一濾波電路采用 RC濾波電路，其包括第一濾波電阻R1、第二濾波電阻R2、第一濾波電容 Cl、第二濾波電容C2，第一取正電路采用二極管整流電路，其包括第一取 正二極管D1。其中，第一濾波電阻R1的一端接交流輸入L線，第一濾波 電阻Rl的另一端與第二濾波電阻R2和第一濾波電容Cl的一端共接，第 一濾波電容C1的另一端接地，第二濾波電阻R2的另一端與第一取正二極 管Dl的陽極和第二濾波電容C2的一端共接，第二濾波電容C2的另一端 接地，第一取正二極管D1的陰極輸出交流輸入電壓VSin的正半周信號(hào)。
N線采樣單元與L線采樣單元的電路結(jié)構(gòu)相似，其包括第二濾波電路 和第二取正電路，第二濾波電路也采用RC濾波電路，其包括第三濾波電 阻R3、第四濾波電阻R4、第三濾波電容C3、第四濾波電容C4，第二取正 電路也采用二極管整流電路，其包括第二取正二極管D2。其中，第三濾波 電阻R3的一端接交流輸入N線，第三濾波電阻R3的另一端與第四濾波電 阻R4和第三濾波電容C3的一端共接，第三濾波電容C3的另一端接地， 第四濾波電阻R4的另一端與第二取正二極管D2的陽極和第四濾波電容C4 的一端共接，第四濾波電容 的另一端接地，第二取正二極管D2的陰極輸出交流輸入電壓VSi。的負(fù)半周信號(hào)。
L線采樣單元和N線采樣單元的輸出端通過第一取正二極管Dl和第二取正二極管D2的陰極連接在一起，并引出采樣電壓輸出端子。
工作時(shí)，分別對(duì)L線輸入電壓信號(hào)VAe—,和N線輸入電壓信號(hào)VAe—N進(jìn)行采樣，進(jìn)而得到交流輸入正負(fù)半波的狀態(tài)信息，通過第一、二濾波單元進(jìn)行濾波，濾除L線和N線對(duì)控制地的高頻(開關(guān)頻率)紋波，再通過第一、二取正單元進(jìn)行信號(hào)取正處理。和以往有橋結(jié)構(gòu)整流后再采樣的作用相似，信號(hào)取正后得到正的饅頭波。在正、負(fù)半周，L線采樣單元和N線采樣單元分別將得到的采樣波形VAC-sample，通過采樣電壓輸出端子輸出。
本實(shí)施例中，L、 N線采樣單元由同一端子輸出采樣電壓信號(hào)V
s—e，
也可以通過不同端子輸出，此時(shí)對(duì)信號(hào)分別進(jìn)行處理。
本發(fā)明在另一方面還提供一種無橋PFC電路，包括如前所述的交流輸入電壓采樣電路，其具體實(shí)施的采樣電路部分參考本發(fā)明采樣電路的實(shí)施例。
本發(fā)明在另一方面還提供一種交流輸入電壓采樣方法，請(qǐng)參考圖6，一種實(shí)施例包括以下步驟；
獲取交流輸入正半周時(shí)交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)，以及獲取交流輸入負(fù)半周時(shí)交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)；
濾除交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量，并去除信號(hào)中的負(fù)值部分，從而轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓正半周信號(hào)；以及
濾除交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量，并去除信號(hào)中的負(fù)值部分，從而轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓正、負(fù)半周信號(hào)。
優(yōu)選地，將轉(zhuǎn)換后所得的交流輸入電壓正、負(fù)半周信號(hào)經(jīng)由同一信號(hào)端子輸出。
該采樣方法更具體的實(shí)施原理參見可參考前述交流輸入電壓采樣電路實(shí)施例的電路工作原理的說明，此處不再贅述。
本發(fā)明中，對(duì)交流輸入L線和輸入N線對(duì)控制地的電壓信號(hào)的濾波方法并不局限于RC濾波，波形取正的方法亦不局限于采用二極管，也可以采用其它方式例如精密整流方式進(jìn)行整流取正。
本發(fā)明交流輸入采樣電路的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，由于L線和N線對(duì)控制地的電壓是由交流輸入電壓和開關(guān)頻率級(jí)的紋波組成，交流輸入電壓的
8頻率比較低，所以采樣L線和N線電壓信號(hào)，將其中的高頻分量濾除掉，即可以得到無橋PFC電路交流輸入電壓的信息。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于無橋PFC電路的交流輸入電壓采樣電路，其特征在于，包括火線采樣單元和中線采樣單元，所述火線采樣單元的輸入端與PFC電路的交流輸入火線相耦合，所述中線采樣單元的輸入端與PFC電路的交流輸入中線相耦合，所述火線采樣單元用于獲取交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓正半周信號(hào)，所述中線采樣單元用于獲取交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓負(fù)半周信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求
1所述的交流輸入電壓采樣電路，其特征在于，所述 火線采樣單元包括依次串接的第一濾波電路和第一取正電路，所述中線采 樣單元包括依次串接的第二濾波電路和第二取正電路，所述第一、二濾波 電路分別用于濾除交流輸入火線和交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中 的高頻分量，所述第一、二取正電路分別用于去除交流輸入火線和交流輸 入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的負(fù)值部分。
3. 如權(quán)利要求
2所述的交流輸入電壓采樣電路，其特征在于，所述 第一濾波電路和/或第二濾波電路包括RC濾波電路。
4. 如權(quán)利要求
2所述的交流輸入電壓采樣電路，其特征在于，所述 第一取正電路和/或第二取正電路包括二極管整流電路。
5. 如權(quán)利要求
1所述的交流輸入電壓采樣電路，其特征在于，所述 火線采樣單元的輸出端與所述中線采樣單元的輸出端相連并共同引出采 樣電壓輸出端子。
6. —種無橋PFC電路，其特征在于，包括如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的交流輸入電壓采樣電路。
7. —種用于無橋PFC電路的交流輸入電壓采樣方法，其特征在于， 包括以下步驟Al、獲取交流輸入正半周時(shí)交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)，以及 獲取交流輸入負(fù)半周時(shí)交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)；Bl、將交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)和交流輸入中線對(duì)控制地的 電壓信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓正、負(fù)半周信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求
6所述的PFC電路的交流輸入電壓采樣方法，其特征 在于，所述步驟B1中，所述轉(zhuǎn)換包括濾除交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量，并去除信號(hào)中的負(fù)值部分；以及濾除交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量，并去除信號(hào)中的負(fù)值部分。
9. 如權(quán)利要求
7所述的PFC電路的交流輸入電壓采樣方法，其特征在于，交流輸入火線和/或交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的高頻分量采用RC濾波電路濾除。
10. 如權(quán)利要求
7所述的PFC電路的交流輸入電壓采樣方法，其特征在于，交流輸入火線和/或交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)中的負(fù)值部分采用二極管整流電路去除。
11. 如權(quán)利要求
6至9任意一項(xiàng)所述的PFC電路的交流輸入電壓采樣方法，其特征在于，將轉(zhuǎn)換后所得的交流輸入電壓正、負(fù)半周信號(hào)經(jīng)由同一信號(hào)端子輸出。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種無橋PFC電路的交流輸入電壓采樣電路，包括火線采樣單元和中線采樣單元，火線采樣單元的輸入端與PFC電路的交流輸入火線相耦合，中線采樣單元的輸入端與PFC電路的交流輸入中線相耦合，火線采樣單元用于獲取交流輸入火線對(duì)控制地的電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓正半周信號(hào)，中線采樣單元用于獲取交流輸入中線對(duì)控制地的電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)換成交流輸入電壓負(fù)半周信號(hào)。本發(fā)明還公開了該交流輸入電壓采樣電路的采樣方法，以及具有該交流輸入電壓采樣電路的無橋PFC電路。采用本發(fā)明能夠簡(jiǎn)化采樣電路的結(jié)構(gòu)，有效降低產(chǎn)品成本。
文檔編號(hào)GKCN101640421SQ200810145527
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年7月28日
發(fā)明者巖 朱 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)北美公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan